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Mischkopf für Reaktionskunststoffe
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Die Erfindung betrifft einen Mischkopf zum Mischen von wenigstens
zwei fließfähigen Materialkomponenten, insbesondere zur Formschäumung von Polyurethanen,
die durch Düsen oder dergl. in eine Mischkammer eingeführt werden, als Materialmischung
über ein an die Mischkammer anschließendes Austrittsende aus dieser austreten.
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Die DE-OS 24 16 686 zeigt ein Beispiel für einen derartigen Mischkopf
mit einer in einem Gehäuse angeordneten durChhenden Bohrung. Ein innenliegender
Abschnitt dieser Bohrung bildet die Mischkammer. Hieran schließt - ebenfalls als
Teilabschnitt der Bohrung - ein Austrittsende gleichen Durchmessers an. Auf der
zum Austrittsende gegenüberliegenden Seite wird die Mischkammer durch einen Reinigungsstößel
begrenzt, der in der Bohrung hin- und herbewegbar ist. Die miteinander vermischten
Materialkomponenten treten während des Mischvorgangs infolge des entstehenden Innendrucks
in der Mischkammer fortlaufend aus derselben über das Austrittsende aus. Nach Beendigung
eines Mischtaktes wird ein in der Mischkammer verbliebener Rest der Materialmischung
durch den Reinigungsstößel ausgestoßen, zum Beispiel in eine Gießform.
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Um eine gute Durchmischung der Materialkomponenten zu erreichen, soll
die Mischkammer einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt bzw.
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Durchmesser haben. Dieser geringe Querschnitt der Mischkammer hat
aber zur Folge, daß das unter verhältnismäßig hohem Druck stehende durchmischte
Material mit entsprechend hoher Geschwindigkeit aus der Mischkammer bzw. über das
Austrittsende aus deni Misciikopf austritt.
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Erwünscht ist jedoch eine verhältnismäßig niedrige Austrittsgeschwindigkeit,
möglichst in einer Größenordnung, die ein Gießen der Materialmischung in Formen
etc. ermöglicht. Mit diesen scheinbaren tecllnischen Widersprüchen befaßt sich die
Erfindung.
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Der Erfindung liegt dernnach die Aufgabe zugrunde, eitier' Mischkopf
vorzuschlagen, der einerseits eine gute Durchmischung der lwlaterialkomponenten
in einer entsprechend ausgebildeten Mischkammer ermöglicht, andererseits aber einen
Materialaustritt aus dem Niischkopf in einem vertretbaren Geschwindigkeitsbereich
gewährleistet, ohne darüber hinaus die Möglichkeit einer rückstandsfreien lleinigung
des Mischkopfes zu beeinträchtigen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Mischkopf dadurch
gekennzeichnet, daß das Austrittsende einen größeren Querschnitt, insbesondere einen
größeren Durchmesser aufweist als die Mischkammer, Die Erfindung macht sich den
physikalischen Effekt zu Nutze, daß bei einer Quers chnittsvergrößerung eines strömenden
Mediums die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird. Bei vorgegebener Ausstoßgeschwindigkeit
des Reinigungsstößels ergibt sich dadurch eine entsprechend reduzierte Austrittsgeschwindigkeit
der Materialmis chung aus dem Mischkopf.
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Der Mischkopf kann erfindungsgemäß in verschiedener Weise ausgestaltet
sein, um zeitweilig, nämlich während der Phase des Materialausstoßes, eine Quers
chnittsve rgrößerung im Bereich des A ustrittsendes darzustellen.
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Dabei werden bewegbare Zusatzstücke innerhalb des Mischkopfes bzw.
an diesem verwendet, die bei entsprechender Relativstellung die Querschnittsdifferenz
zwischen Mischkammer und Austrittsende bewirken. Durch die Rückkehr der betreffenden
Zusatzstücke in eine Ausgangsstellung werden die durch die Querschnittsdifferenzen
nicht unmittelbar durch den Reinigungsstößel erfaßten, mit
dem Mischwerkstoff
in Berührung kommenden Wandungen selbsttätig gereinigt. Der Für derartige Mischköpfe
wichtige Vorgatlg der Reinigung von Mischkammer und Austrittsende nach jedem Mischtakt
- durch den Reinigungsstößel - wird demnach auch auf die die Querschnittserweiterung
oder -verminderung bewirkenden Zusatzstücke des Mischkopfes übertragen.
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Gemäß eine Ausführungsform der Erfindung ist auf einen entsprechend
ausgebildeten austrittsseitigen Ende eines Gehäuses des Mischkopfes eine axial verschiebbare
Hülse als Vorsatzstück gelagert. Diese wird etwa für die Dauer des Materialausstoßes
teleskopartig ausgezogen und bildet dadurch den im Querschnitt, nämlich im Durchmesser,
erweiterten Bereich des Austrittsendes.
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Alternativ kann innerhalb des Gehäuses des Mischkopfes, nämlich in
einer Bohrung dessell)en, ein Einsatzstück in Gestalt einer Innenhülse gelagert
sein, die Teil des Reinigungsstößels ist und bei abgestufter Relativstellung mit
einem innen gelagerten Stößelkern die im Durchmesser verringerte Mischkammer bildet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Mischkopfes im
Längsschnitt in der Stellung für den Ausstoß des Mischwerkstoffs, Fig. 2 ein anderes
Ausführungsbeispiel des Mischkopfes im Längsschnitt in einer Stellung während des
Mischens von Materialkomponenten.
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Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele von Mischköpfen
können in bezug auf die nicht dargestellten Einzelheiten zum Beispiel entsprechend
dem Mischkopf gemäß DE-()S 24 16 68G ausgebildet sein.
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In einem Gehäuse 10 ist eine im vorliegenden Fall durchgehende zylindrische
Bohrung 11 angeordnet. Diese bildet in einem Teilbereich eine Mischkammer 12 und
hieran anschließend ein Austrittsende 13 für den durchmischten Werkstoff. In der
Bohrung 11 ist ein ebenfalls zylindrisch ausgebildeter Reinigungsstößel 14 hin-
und herbewegbar gelagert. Während der Misciiphase (Fig. 1) begrenzt der Reinigungsstößel
14 mit seiner Stirnfläche die von dem Austrittsende 13 abliegende Seite der Mischkammer
12. Nach Beendigung des Mischtaktes wird der Reinigungsstößel 14 in Axialrichtung
verschoben bis an das Ende des Gehäuses 10 bzw. des Austrittsendes 13. Dabei wird
unter Reinigung des betroffenen Teils der Bohrung 11 der gemischte Werkstoff aus
dem Mischkopf ausgetragen.
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Die Materialkomponenten (zwei oder mehr) werden durch Düsen 15, 16
in die Mischkammer eingeführt. Die Düsen 15, 16 sind als radial gerichtete Bohrungen
in zylindrischen Ventilstößeln 17 und 18 angebracht die ihrerseits axiale Kanäle
19 und 20 für die Zuförderung der Materialkomponenten aufweisen. Die Ventilstößel
17, 18 sind bewegbar, nämlich drehbar oder axial verschiebbar, im Gehäuse 10 gelagert.
Je nach Relativstellung der Ventilstößel 17, 18 sowie der Düsen 15, 1G werden die
Materialkomponenten entweder in die Mischkammer 12 oder in die Rezirkulation eingeleitet.
Die Düsen 15, 16 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 gegen die Stirnfläche
des Reinigungsstößels 14 gerichtet.
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Nach Beendigung des Mischtaktes wird die Zufuhr der Materialkomponenten
zur Mischkammer 12 durch entsprechende Verstellung der Ventilstößel 17, 18 unterbrochen.
Dadurch wird zugleich der Durchgang
für den Reinigungsstößel 14
für den Ausschub der gemischten Komponenten freigegeben.
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Um bei relativ hoher Ausstoßgeschwindigkeit dennoch eine reduzierte
Austrittsgeschwindigkeit des Materials zu bewirken, ist bei den vorliegenden Mischköpfen
der Austrittsbereich mit einem größeren Querschnitt, insbesondere mit größerem Durchmesser
ausgebildet als die Mischkammer 12.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist auf einem Ende 21 des Gehäuses
10 eine Hülse 22 axial verschiebbar gelagert. Diese Hülse 22 hat naturgemäß einen
größeren Innenquerschnitt als die Mischkammer 12 und der daran anschließende Bereich
des Austrittsendes 13. Da die Werkstoffmischung beim Ausschub diesen erweiterten
Querschnittsbereich durchströmt, wird in Folge der Querschnittserweiterung die Strömungsges
chwindigkeit herabgesetzt.
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Die axiale Abmessung der Hülse 22 ist im vorliegenden Fall so gewälilt,
daß bei zurückgezogener Stellung (gestrichelt in Fig. 1) die Hülse 22 ohne Überstand
auf dem gegenüber dem übrigen Teil des Gehäuses 10 abgesetzten Ende 21 lagert. Durch
die Rückholbewegung der Hulse 22 in diese Ausgangsstellung wird deren Innenwand
selbsttätig durch das Ende 21, insbesondere durch deren Stirnfläche 23 gereinigt.
Mit der Rückholbewegung der Hülse 22 ist demnach eine Selbstreinigung derselben
verbunden.
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Zweckmäßigerweise sind die Rückholbewegung des Reinigungs st ößels
14 und der Hülse 22 aufeinander abgestimmt bzw. werden durch ein gemein sames Organ
ausgeführt.
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Zur Vermeidung von Drehbewegungen der Hülse 22 auf dem Ende 21 kann
ein entsprechender formschlüssiger Eingriff gegeben sein, zum Beispiel durch polygonale
Gestaltung der Außenfläche des Endes 21 und der Innenfläche der Hülse 22. Weiterhin
sind bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel Ende 21 und Hülse
22 mit gleicher axialer Länge ausgeführt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das Gehäuse 10 in konventioneller
Weise ausgefülart. Innerhalb der Bohrung 11 ist jedoch ein Reinigungsstößel 24 besonderer
Art gelagert. Dieser gestellt nämlich aus einem äußeren Teil in Gestalt einer Innenhülse
25 und einem in dieser Innenhülse 25 verschiebbar gelagerten Stößelkern 26.
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Eine Mischkammer 27 wird hier durch den Iieinigungsstüßel 24 gebildet,
und zwar mit einem gegenüber der Bohrung 11 reduzierten Querschnitt. Zu diesem Zweck
ist der Stößelkern 26 gegenüber dem Ende der Innenhülse 25 zurückgezogen. Innerhalb
der Innenhülse 25 entsteht dadurch die Mischkammer 27 reduzierten Durchmessers.
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Die Stirnfläche des Stößelkerns 26 begrenzt hier rückseitig die Mischkammer
27.
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Die Relativstellung in bezug auf die Düsen 15 und 16 ist so getroffen,
daß der Strahl der Materialkomponenten in die Mischkammer 27 gerichtet ist. Zu diesem
Zweck ist die Innenhül se 25 bis zur Anlage an den Ventilstößeln 17, 18 vorgezogen,
wodurch die Mischkammer 27 in unmittelbarer Nachbarschaft der Düsen 15, 16 gebildet
wird.
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Das an die Ventilstößel 17, 18 anschließende Austrittsende 13 des
Mischkopfes - mit dem Querschnitt bzw. Durchmesser der Bohrung 11 bildet hier den
gegenüber der Mischkammer erweiterten Austrittsquerschnitt für die miteinander vermischten
Materialkomponenten.
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Nach Beendigung eines Mischtaktes wird zunächst der Stößelkern 26
bis zur bündigen Relativstellung mit der Innenhülse 25 vorgeschoben.
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Sodann werden Innenhülse 25 und Stößelkern 26 als zusammenwirkendel
Reinigungsstößel 24 in der Bohrung 11 bzw. in dem Austrittsende 13
weiter
verschoben, wobei der Werkstoff trotz hoher 13ewegungsgeschwindigkeit des lleinigungsstößels
24 mit verminderter Austrittsgeschwindigkeit den Mischkopf verläßt. Die vorgenannten
Bewegungen können auch überlagert sein, also ineinander übergehen, sodaß die bündige
Relativstellung zwischen Stößelkern 26 und Innenhülse 25 während der gemeinsamen
Bewegung des Reinigungsstößels 24 erreicht wird.